1.一种基于控制障碍函数的弹性动态鲁棒编队协同控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1、为每个无人系统建立运动动力学模型,并确定每个无人系统的位置信息和运动速度;步骤S2、利用控制障碍函数确保无人系统与静态障碍物及动态无人系统之间的无碰撞安全集,并基于前向不变性求解控制系统的输入安全集;步骤S3、通过引入动态容忍公差和定义相关的控制障碍函数,建立上水平集以保持无人系统之间的期望距离和最大动态容忍公差范围;步骤S4、采用二次规划问题来求解编队控制的控制输入,约束条件包括上水平集和满足控制障碍函数的前向不变性,引入权重因子来调整无人系统之间的控制接近度和规定接近度的权重,以实现无人系统之间的距离达到期望值。
2.根据权利要求1所述的一种基于控制障碍函数的弹性动态鲁棒编队协同控制方法,其特征在于,步骤S1中,为每个无人系统建立运动动力学模型,并确定每个无人系统的位置信息和运动速度,具体操作如下:每个无人系统的位置信息表示为 ,第 个无人系统的运动动力学模型建模为: ;其中, 表示对无人系统位置信息 求一阶导, 表示所涉及的无人系统的运动速度, 表示无人系统的数量。
3.根据权利要求2所述的一种基于控制障碍函数的弹性动态鲁棒编队协同控制方法,其特征在于,步骤S2中,利用控制障碍函数确保无人系统与静态障碍物及动态无人系统之间的无碰撞安全集,并基于前向不变性求解控制系统的输入安全集,具体操作如下:步骤S21、建立无碰撞安全集: ;其中, 表示所建立的无碰撞安全集, 表示无人系统与静态障碍物及动态无人系统之间的距离信息, 表示静态障碍物及其他动态无人系统的位置信息, 表示通过在考虑传感器误差和离散化误差条件下,无人系统的维度来确定的无碰撞半径参数;步骤S22、设计控制系统的输入 : ;其中, 表示 的一阶导; 表示使得控制障碍函数满足成立条件的 类函数; 表示转置;步骤S23、通过求解无人系统针对各个测试点无碰撞安全集 的交集所得上水平集 的前向不变性,实现无人系统与整个点集的无碰撞控制: ;其中, 表示第 个针对各个测试点无碰撞安全集 实现无碰撞的控制系统输入,即单障碍避碰安全集, 表示实现整个无人系统无碰撞的控制系统输入,即多障碍避碰安全集, 表示第 个无人系统实现无碰撞控制输入的数量。
4.根据权利要求3所述的一种基于控制障碍函数的弹性动态鲁棒编队协同控制方法,其特征在于,步骤S3中,通过引入动态容忍公差和定义相关的控制障碍函数,建立上水平集以保持无人系统之间的期望距离和最大动态容忍公差范围,具体操作如下:步骤S31、引入动态容忍公差;编队队形约束表示为一个全连接的无向图 , 表示无向图中点的集合, 表示无向图中边的集合,其中无向边 ,描述了无人系统 之间的期望距离 和最大动态容忍公差范围 ;针对无人系统 和无人系统 分别引入新的动态容忍公差 ,动态容忍公差形式如下: ;其中, , 均表示无人系统 和无人系统 之间动态容忍公差的一阶导数;步骤S32、为每个相关的无向边定义控制障碍函数;定义无人系统 的状态表示为 , 表示无人系统 的动态容忍公差,为每个相关的无向边 定义如下的控制障碍函数: ;其中, , , 表示无人系统 之间的期望距离; 表示第 个无人系统的状态, 、 、 、 表示无人系统 , 之间的四类控制障碍函数, 表示无人系统 之间最大动态容忍公差范围, 表示第 个无人系统的位置信息;步骤S33、建立上水平集以保持无人系统之间的期望距离和最大动态容忍公差范围;无人系统 和无人系统 之间距离的保持与上水平集 联系起来,表示如下: ;其中, 表示无人系统 和无人系统 之间的上水平集;无人系统编队构型的保持等价于: , 满足前向不变性,即上水平集 。
5.根据权利要求4所述的一种基于控制障碍函数的弹性动态鲁棒编队协同控制方法,其特征在于,步骤S4中,采用二次规划问题来求解编队控制的控制输入,约束条件包括上水平集和满足控制障碍函数的前向不变性,引入权重因子来调整无人系统之间的控制接近度和规定接近度的权重,以实现无人系统之间的距离达到期望值,具体操作如下: ;其中, 表示二次优化求解得到的控制输入, 表示主要控制对象; 表示权重参数; 表示控制输入。